Unul dintre cele mai ciudate aspecte ale mecanicii cuantice este încurcarea, deoarece două particule încurcate se afectează reciproc pe distanțe mari, ceea ce la prima vedere încalcă principiul fizic fundamental al localității: ceea ce se întâmplă la un anumit punct în spațiu poate afecta doar puncte din apropiere. Dar dacă localitatea și spațiul în sine nu sunt fundamentale, până la urmă? George Masser explorează consecințele posibile ale acesteia în noua sa carte Spooky Action At a Distance. (Albert Einstein a numit înțelegerea cuantică „acțiune ciudată la distanță”).
Când filosoful Jennan Ismael avea zece ani, tatăl ei, un profesor irakian de la Universitatea din Calgary, a cumpărat un dulap mare din lemn la licitație. După ce a trecut prin ea, s-a împiedicat de un vechi caleidoscop și a fost încântată. A experimentat cu ea ore întregi și și-a dat seama cum a funcționat. „Nu i-am spus surorii mele că l-am găsit pentru că îmi era teamă că o va lua”, își amintește ea.
Când priviți pe caleidoscop și întoarceți țeava, figurile multicolore încep să înflorească, să se învârtă și să se unească într-un mod aparent complet inexplicabil și imprevizibil, ca și cum ar avea un efect ciudat unul asupra celuilalt de la distanță. Dar cu cât îi admiri mai mult, cu atât observi tipare în mișcarea lor. Formele de la capetele opuse ale câmpului tău vizual se schimbă la unison, iar această simetrie vă permite să înțelegeți ce se întâmplă cu adevărat: aceste forme nu sunt obiecte fizice, ci imagini ale obiectelor - cioburi de sticlă care se rotesc în interiorul unui tub cu oglindă.
„Există o bucată de sticlă care apare redundant în diferite părți ale spațiului”, spune Ismael. „Dacă vă concentrați asupra spațiului global care cuprinde, descrierea fizică a unui caleidoscop tridimensional ar fi o poveste cauzală destul de simplă. Există o bucată de sticlă, ea se reflectă în oglinzi și așa mai departe. Văzut în realitate, caleidoscopul nu mai este un mister, deși încă surprinde.
Decenii mai târziu, pregătindu-se pentru o discuție despre fizica cuantică, Ismael și-a amintit de caleidoscop și a cumpărat un nou tub de cupru strălucitor într-o cutie de catifea. El a devenit, pe măsură ce a apărut asupra ei, o metaforă a nonlocalității în fizică. Poate că particulele din experimentele de împletire sau galaxiile aflate în limitele galactice îndepărtate se comportă ciudat, deoarece sunt proiecții - creații secundare, într-un sens - existente într-o zonă complet diferită de obiecte.
„În cazul caleidoscopului, știm ce avem de făcut: trebuie să vedem întregul sistem; trebuie să vedem cum este creată imaginea spațiului, spune Ismael. - Cum se construiește un analog al acesteia pentru efecte cuantice? Pentru a face acest lucru, trebuie să vedeți cosmosul pe care îl cunoaștem - cosmosul cotidian, în care măsurăm evenimentele situate în diferite părți ale cosmosului - ca o structură indisolubilă. Poate când privim cele două părți, vedem același eveniment. Interacționăm cu același element al realității în diferite părți ale spațiului."
Împreună cu alții, ea pune la îndoială presupunerea, urmată de aproape fiecare fizician și filozof de la Democrit, că spațiul este cel mai profund nivel al realității fizice. La fel cum scenariul pentru o piesă descrie acțiunile actorilor de pe scenă, dar precedă etapa, legile fizicii iau în mod tradițional existența spațiului. Știm astăzi că universul este mai mult decât simple lucruri în spațiu. Fenomenul nonlocalității sare în spațiu; nu există niciun loc unde să fie limitat. Se manifestă la nivelul realității mai adânc decât spațiul, unde conceptul de distanță nu mai contează, unde lucrurile îndepărtate par a fi în apropiere, ca și cum același lucru apare în mai multe locuri, ca numeroase imagini dintr-o bucată de sticlă într-un caleidoscop.
Când ne gândim la termeni la acest nivel, conexiunile dintre particulele subatomice de pe o bancă de laborator, în interiorul și în afara unei găuri negre, și între părțile opuse ale universului nu mai par atât de înfiorătoare. Michael Heller, fizician, filozof și teolog al Pontifical Academy of Theology din Cracovia, Polonia, spune: „Dacă sunteți de acord că fizica este nonlocală la un nivel fundamental, atunci este destul de natural, deoarece două particule care sunt departe unul de celălalt rezidă pe un nivel fundamental non-local. Pentru ei, spațiul și timpul nu contează . Abia atunci când încercați să vizualizați aceste fenomene dintr-o perspectivă spațială - care este iertabilă, deoarece suntem obișnuiți să gândim în acest fel - acestea ne confundă înțelegerea.
Video promotional:
Ideea unui nivel profund pare firească deoarece, până la urmă, fizicienii s-au străduit întotdeauna pentru asta. Ori de câte ori nu puteau înțelege anumite aspecte ale lumii noastre, ei presupuneau că nu au ajuns încă la baza tuturor. Au făcut zoom și au văzut blocurile de construcție. Că apa lichidă poate fierbe sau îngheța este oarecum misterioasă. Dar aceste transformări au sens dacă reprezentăm starea lichidă, gazoasă și solidă nu ca substanțe elementare, ci ca forme diferite ale unei substanțe fundamentale.
Aristotel considera diferite stări de apă ca fiind încarnări diferite ale așa-numitei materii primordiale, iar atomistii - cu sagaciune - au crezut că atomii sunt rearanjați în structuri mai rigide sau libere. În mare, aceste blocuri de materie dobândesc proprietăți care le lipsesc individual. De asemenea, spațiul poate fi format din părți care nu sunt spațiale în ele însele. Aceste piese pot fi, de asemenea, dezasamblate și reasamblate în structuri nepatrimoniale, cum ar fi cele care fac aluzii la găurile negre și Big Bang.
„Spațiul timpului nu poate fi fundamental”, spune teoreticianul Nima Arkani-Hamed. „Ar trebui să fie făcut din ceva mai simplu.”
Această gândire întoarce complet fizica. Nonlocalitatea nu mai este un mister; este realitate, iar localitatea devine adevăratul mister. Atunci când nu mai putem lua spațiu, trebuie să explicăm ce este și din ce apare, independent sau în procesul de unire cu timpul.
Evident, construcția spațiului nu va fi la fel de ușoară ca fuzionarea moleculelor într-un lichid. Care ar putea fi blocurile sale de construcție? De obicei, spunem că blocurile trebuie să fie mai mici decât lucrurile care le compun. Dacă asamblați un turn Eiffel detaliat din scobitori, nu va trebui să explicați că scobitori sunt mai mici decât turnul.
Dar când vine vorba de spațiu, nu există „mai puțin”, deoarece dimensiunea în sine este un concept spațial. Blocurile de construcție nu pot preceda spațiul dacă trebuie să le explice. Nu ar trebui să aibă nici dimensiunea, nici spațiul; ele trebuie să fie peste tot, în tot universul și nicăieri în același timp, astfel încât să nu poată fi împuțate. Ce înseamnă lipsa de poziție pentru un lucru? Unde va fi? „Când vorbim despre ieșirea spațiului-timp, acesta trebuie să iasă dintr-un cadru, din care suntem foarte departe”, spune Arkani-Hamed.
În filozofia occidentală, regatul în afara spațiului a fost în mod tradițional considerat regatul în afara fizicii - locul prezenței lui Dumnezeu în teologia creștină. La începutul secolului 18, „monadele” lui Gottfried Leibniz - pe care le reprezenta ca elemente primitive ale universului - existau, ca Dumnezeu, în afara spațiului și timpului. Teoria sa a fost un pas către spațiul-timp în curs de dezvoltare, dar a rămas în domeniul metafizicii, fiind conectat liber cu lumea lucrurilor concrete. Dacă fizicienii vor reuși să explice spațiul emergent, va trebui să își dezvolte propriul concept despre absența spațiului.
Einstein a prevăzut aceste dificultăți. „Poate că, în principiu, ar trebui să abandonăm continuul spațiu-timp”, a scris el. - Este foarte posibil să ne imaginăm că ingeniozitatea umană va găsi într-o bună zi metode care vor face posibilă această cale. În prezent, însă, un astfel de program arată ca o încercare de a respira în spațiul gol."
John Wheeler, un renumit teoretician al gravitației, a sugerat că spațiul timpului a fost construit din „pregeometrie”, dar a recunoscut că a fost doar „ideea de dragul ideii”. Chiar și Arkani-Hamed își împărtășește îndoielile: „Aceste probleme sunt foarte complexe. Este imposibil să le discutăm în limba în care suntem obișnuiți”.
Ceea ce îi determină pe Arkani-Hamed și colegii săi să continue este să găsească felul de modalități pe care Einstein le-a descris - modalități de a descrie fizica în absența spațiului, respirația în vid. El explică aceste încercări în termeni de istorie: „De peste 2.000 de ani, oamenii pun întrebări cu privire la natura profundă a spațiului și a timpului, dar au fost prematuri. Am ajuns într-un final într-o eră în care puteți pune aceste întrebări și sperați să obțineți câteva răspunsuri semnificative."
Bazat pe materiale de la Gizmodo
Ilya Khel
